電導(dǎo)體和制造電導(dǎo)體的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電導(dǎo)體(100)，包括：基部基板(102)，所述基部基板具有銅、銅合金、鎳或鎳合金中的至少一種；和層狀結(jié)構(gòu)(104)，所述層狀結(jié)構(gòu)被施加到基部基板。層狀結(jié)構(gòu)包括箔片(110)和沉積在所述箔片上的石墨烯層(112)，當(dāng)石墨烯層被沉積在箔片上之后，層狀結(jié)構(gòu)被施加到基部基板(102)。
【專利說明】電導(dǎo)體和制造電導(dǎo)體的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體涉及一種電導(dǎo)體和制造電導(dǎo)體的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]電導(dǎo)體具有多種形式，例如接觸件、端子、彈簧接觸件、針腳、插座、針眼針腳、微動(dòng)針腳、柔性針腳、電線、編織纜線、跡線、焊盤等等。這些電導(dǎo)體在包括電連接器、纜線、印刷電路板等多種不同類型的產(chǎn)品或裝置中使用。用在電導(dǎo)體中的金屬對(duì)腐蝕、擴(kuò)散或其它反應(yīng)敏感，從而限制了所述電導(dǎo)體的使用或需要保護(hù)涂層。例如，在使用銅或銅合金電導(dǎo)體時(shí)，這些導(dǎo)體易被腐蝕。金層通常作為緩蝕劑被施加到銅。然而，金和銅材料會(huì)因擴(kuò)散受到損害，并通常在銅和金層之間沉積諸如鎳的擴(kuò)散阻擋物。
[0003]基底金屬的腐蝕對(duì)于導(dǎo)體接口和信號(hào)完整性是不利的。當(dāng)前用于防腐的鍍覆法通常留有多孔表面，這會(huì)造成底層表面的氧化和腐蝕。此外，一些層狀結(jié)構(gòu)面臨與摩擦、靜摩擦、及其它接觸力相關(guān)的問題，這限制了導(dǎo)體的應(yīng)用。
[0004]一些已知的導(dǎo)體使用石墨烯或碳基結(jié)構(gòu)作為用于導(dǎo)體的阻擋物。然而，將石墨烯施加至導(dǎo)體是有問題的。一種將石墨烯施加至導(dǎo)體的方法包括在化學(xué)汽相淀積(CVD)過程中沉積石墨烯。然而，該過程使用非常高的溫度。導(dǎo)體經(jīng)受這種高溫會(huì)對(duì)導(dǎo)體造成破壞。例如，一般的導(dǎo)體使用銅合金，該銅合金的熔點(diǎn)溫度在CVD過程所需的溫度以下。這種導(dǎo)體經(jīng)受CVD過程將導(dǎo)致該導(dǎo)體具有晶粒邊界、三相點(diǎn)、及其它問題。
[0005]需要具有一種克服上述問題及與傳統(tǒng)電導(dǎo)體相關(guān)聯(lián)的其它不足的電導(dǎo)體。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)本發(fā)明的制造電導(dǎo)體的方法包括:提供基部基板；提供箔片(或箔)；將石墨烯層沉積在箔片上以限定層狀結(jié)構(gòu)；以及將該層狀結(jié)構(gòu)沉積在基部基板上。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的電導(dǎo)體包括:具有銅、銅合金、鎳或鎳合金中的至少一種的基部基板；和施加到基部基板的層狀結(jié)構(gòu)。層狀結(jié)構(gòu)包括箔片和沉積在箔片上的石墨烯層。在石墨烯層被沉積在箔片上之后，層狀結(jié)構(gòu)被施加到基部基板。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]現(xiàn)將參照附圖以示例的方式說明本發(fā)明，其中:
[0009]圖1為根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例形成的電導(dǎo)體的一部分的橫截面圖；
[0010]圖2顯示了用于形成諸如圖1所示的電導(dǎo)體的電導(dǎo)體的導(dǎo)體形成系統(tǒng)；以及
[0011]圖3為顯示諸如圖1所示的電導(dǎo)體的電導(dǎo)體的示例性制造方法。

【具體實(shí)施方式】
[0012]圖1為根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例形成的電導(dǎo)體100的一部分的橫截面圖。電導(dǎo)體100可以是諸如接觸件、端子、彈簧接觸件、插座、針眼針腳、微動(dòng)針腳、柔性針腳、導(dǎo)線、編織纜線、跡線、焊盤等等的任何類型的電導(dǎo)體。電導(dǎo)體100可以形成電連接器、纜線、印刷電路板等等的一部分。
[0013]在一種示例性實(shí)施例中，電導(dǎo)體100為多層結(jié)構(gòu)，該多層結(jié)構(gòu)具有一起限定工件105的基部基板102和層狀結(jié)構(gòu)104?？蛇x地，層狀結(jié)構(gòu)104可以被施加至基部基板102兩側(cè)以形成工件。工件105被處理以形成導(dǎo)體100。例如，工件105可以被鍍覆、沖壓成形等等。層狀結(jié)構(gòu)(一層或多層)104可以是位于電導(dǎo)體100的外表面處的表層結(jié)構(gòu)104。
[0014]層狀結(jié)構(gòu)104提供在基部基板102上的抗腐蝕導(dǎo)電層。在示例性實(shí)施例中，層狀結(jié)構(gòu)104包括導(dǎo)電箔片層110 (以下可以被稱為導(dǎo)電箔片110或僅被稱為箔片110)、石墨烯層112和導(dǎo)電表層114。在一些實(shí)施例中，層狀結(jié)構(gòu)104可以僅包括箔片110和石墨烯層，而不具有表層114。箔片110可以為條帶或其它原料金屬部件。箔片110可以是銅或銅合金、鎳或鎳合金或其它適當(dāng)?shù)慕饘?。箔?10用于支撐石墨烯層112，例如用于在隨后的過程期間被施加至基部基板102。石墨烯層112包括石墨烯沉積或其它碳基阻擋物以抑制腐蝕和/或增強(qiáng)電導(dǎo)體100的諸如摩擦系數(shù)、導(dǎo)電性等等的其它特性。表層114為非碳基層(一層或多層)，例如諸如金、銀、錫、鈀、鎳、鈀-鎳、鉬等等的金屬鍍覆。表層114可以用于抑制腐蝕或增強(qiáng)電導(dǎo)體100的諸如耐磨性、摩擦系數(shù)等等的其它特性。
[0015]與基部基板102相比，層狀結(jié)構(gòu)104通常為較薄層。層狀結(jié)構(gòu)104可以通過諸如包層、層壓、黏著、粘結(jié)或其它適當(dāng)處理的任何已知的方法沉積在基部基板102上?？蛇x地，層狀結(jié)構(gòu)104可以直接沉積在基部基板102上。可選地，可以在層狀結(jié)構(gòu)104和基部基板102之間設(shè)置一個(gè)或更多個(gè)其它層。在一種示例性實(shí)施例中，石墨烯層112被沉積在箔片110上，以限定在不同過程期間施加到基部基板102的層狀結(jié)構(gòu)104。表層114可以在層狀結(jié)構(gòu)104被施加到基部基板102之后被施加至層狀結(jié)構(gòu)104。
[0016]基部基板102可以為多層結(jié)構(gòu)。在圖示的實(shí)施例中，基部基板102包括基部106和沉積在基部106上的阻擋物108。可選地，基部106和/或阻擋物108可以為多層結(jié)構(gòu)。層狀結(jié)構(gòu)104和基部基板102 —起限定堆積層?；炕?02可以僅包括基部106而不具有阻擋物108，且層狀結(jié)構(gòu)104與阻擋物108相對(duì)被直接施加至基部106。
[0017]在一種示例性實(shí)施例中，基部106能夠?qū)щ姴ㄖT如銅或銅合金的金屬化合物。用于基部106的其它金屬化合物可以包括鎳、鎳合金、鋼、合金鋼、鋁、鋁合金、鈀-鎳、錫、錫合金、鈷、碳、石墨、石墨烯、碳基結(jié)構(gòu)、或任何其它導(dǎo)電材料。阻擋物108能夠?qū)щ姴ㄖT如鎳或鎳合金的金屬化合物。用于阻擋物108的其它金屬化合物包括諸如銅、金、銀、鈷、鎢、鉬、鈀、或這些的合金的其它金屬或?qū)щ姴牧?。阻擋?08例如在使用具有擴(kuò)散問題的銅和金或其它金屬化合物時(shí)可以在基部106和層狀結(jié)構(gòu)104之間提供擴(kuò)散阻擋物。阻擋物108提供用于施加層狀結(jié)構(gòu)104的機(jī)械支持，層狀結(jié)構(gòu)可以相對(duì)較薄，從而改善其耐磨性。如果層狀結(jié)構(gòu)104中存在孔隙和腐蝕問題，則阻擋物108可以減小孔隙和腐蝕問題的影響。阻擋物108可以通過諸如鍍覆的任何已知方法沉積在基部106上?？蛇x地，阻擋物108可以直接沉積在底層基部106上?？蛇x地，諸如石墨烯層的一個(gè)或更多個(gè)其它層可以設(shè)置在阻擋物108和基部106之間。
[0018]在示例性實(shí)施例中，石墨烯層112用于抑制腐蝕。石墨烯層112能夠?qū)щ姟Ｊ?12被沉積在箔片110上。在示例性實(shí)施例中，石墨烯層112在箔片110的暴露部分上生長(zhǎng)。例如，箔片110被處理，從而在箔片110 (或在箔片110上的選擇位置中)的一個(gè)或更多個(gè)表面上生長(zhǎng)石墨烯層112。石墨烯層112可以覆蓋箔片110的整個(gè)上表面。
[0019]在示例性實(shí)施例中，石墨烯層112可以在諸如氣態(tài)甲烷的有機(jī)化合物的情況下、在諸如大約800°C或更高的高溫下在化學(xué)汽相淀積(CVD)處理期間形成。沉積機(jī)理還可以包括電子束、微波、或在蒸汽空氣中的其它處理。諸如激光沉積、等離子沉積或其它技術(shù)或處理的其它方法可以用于沉積石墨烯層112?？蛇x地，石墨烯層112在箔片110上可以為I原子層厚。可選地，石墨烯層112可以更厚。石墨烯層112提供耐腐蝕性。
[0020]石墨烯層112可以僅沉積在箔片110的暴露部分上。例如，箔片110的金屬化合物可以用作CVD處理(或其它處理)期間的催化劑，從而在與箔片110的交界面處促進(jìn)石墨烯生長(zhǎng)?？蛇x地，CVD處理可以被控制以諸如通過利用適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)前驅(qū)體(precursor)和在適當(dāng)溫度下進(jìn)行處理促進(jìn)石墨烯在該交界面產(chǎn)生，從而基于箔片110的化學(xué)成分(例如金屬或金屬合金)增強(qiáng)石墨烯生長(zhǎng)。例如，與其它金屬相比，使用的有機(jī)化合物或氣體前驅(qū)體的類型、使用的氣體前驅(qū)體的壓力、氣體前驅(qū)體的流量、處理的溫度、或其它因素可以促進(jìn)石墨烯在一種金屬上的生長(zhǎng)。
[0021]石墨烯層112通過在基部106和環(huán)境之間提供阻擋物來用作用于電導(dǎo)體100的腐蝕阻擋物以防止氧原子與基部106的金屬化合物的相互作用。石墨烯層112可以用作擴(kuò)散阻擋物以防止基部106和表層114之間的擴(kuò)散?？蛇x地，石墨烯層112可以代替阻擋物108用作基部106和表層114之間的擴(kuò)散阻擋物。
[0022]可選地，石墨烯層112可以是電導(dǎo)體100的最外層。石墨烯層112可以減小電導(dǎo)體100的最外層表面上的摩擦，這可以使電導(dǎo)體100更容易配合。石墨烯層112可以減小層狀結(jié)構(gòu)104的靜摩擦。靜摩擦的減少允許在先前提及的具有靜摩擦和/或冷焊問題的諸如最外層為金層的電導(dǎo)體的不適用電導(dǎo)體100的現(xiàn)場(chǎng)或裝置中使用電導(dǎo)體100。例如，在微型機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)開關(guān)中，當(dāng)電導(dǎo)體的最外層為金層時(shí)靜摩擦成為問題。
[0023]在先前處理中使石墨烯層以及沉積在箔片上允許在不需要使基部基板受到與將石墨烯層沉積在箔片上相關(guān)的高溫的情況下制造電導(dǎo)體。例如，基部基板可以由銅合金制成，該銅合金具有與在箔片上有效促進(jìn)石墨烯生長(zhǎng)所需的溫度相似或低于該溫度的熔化溫度。相對(duì)于基部基板，僅使箔片傳送通過沉積石墨烯的涂布臺(tái)或其它階段由于例如減小了在基部基板中形成晶粒邊界、三相點(diǎn)或孔隙的風(fēng)險(xiǎn)而使電導(dǎo)體100得到益處。此外，由于不需要通過涂布臺(tái)來處理基部基板，因此即使基部基板通過涂布臺(tái)，涂布臺(tái)也可以在較高溫度下操作。
[0024]在示例性實(shí)施例中，箔片由相對(duì)于基部基板具有更高熔化溫度的材料制成。相對(duì)于基部基板，箔片可以經(jīng)受更高溫度而不破壞其結(jié)構(gòu)。相對(duì)于適用于石墨烯生長(zhǎng)和/或沉積的溫度，箔片可以由具有更高熔化溫度的材料制成。除了不同的熔點(diǎn)溫度，基部基板可以具有與箔片不同的特性，使得與使用與箔片相同材料的基部基板或使用具有足夠高的熔點(diǎn)溫度以經(jīng)受涂層階段和石墨烯生長(zhǎng)的材料的基部基板相對(duì)比，這種基部基板的使用是理想的。例如，基部基板可以相對(duì)于箔片的材料具有更好的彈簧特性。基部基板可以相對(duì)于箔片的材料更堅(jiān)固或更堅(jiān)韌?；炕蹇梢韵鄬?duì)于箔片的材料具有更精細(xì)顆粒?；炕蹇梢韵鄬?duì)于箔片的材料具有更低的成本?；炕蹇梢韵鄬?duì)于箔片的材料具有更易延展或更好的成形特性?；炕蹇梢韵鄬?duì)于箔片的材料具有更好的導(dǎo)電率。其它特性對(duì)于具有更低熔點(diǎn)溫度的特殊基部基板的選擇可以是重要的。將箔片上生長(zhǎng)石墨烯與基部基板分離允許石墨烯沉積和/或生長(zhǎng)適應(yīng)于施加。
[0025]圖2顯示用于形成諸如電導(dǎo)體100的電導(dǎo)體的導(dǎo)體形成系統(tǒng)150。系統(tǒng)150包括對(duì)材料執(zhí)行操作或動(dòng)作以形成電導(dǎo)體100的多個(gè)階段。在圖示的實(shí)施例中，系統(tǒng)150是使諸如材料帶或卷的產(chǎn)品順序供給通過所述階段以處理材料從而形成電導(dǎo)體100的線性系統(tǒng)。例如，產(chǎn)品可以連續(xù)地供應(yīng)到所述階段以用于進(jìn)行處理。在示例性實(shí)施例中，系統(tǒng)150為卷繞系統(tǒng)，該卷繞系統(tǒng)從卷盤卷繞和/或退卷材料以通過系統(tǒng)150逐步地處理電導(dǎo)體100。
[0026]系統(tǒng)150包括條帶卷盤154,箔片110以條帶的形式卷繞在該條帶卷盤上。通過系統(tǒng)150，箔片110從條帶卷盤154被連續(xù)地展開并被拉動(dòng)。導(dǎo)電箔片110用于形成箔片110(圖1所示)。銅箔片的寬度可以取決于電導(dǎo)體100的寬度和形狀，所述導(dǎo)電體可以被沖壓、彎曲或成形以形成最終產(chǎn)品。
[0027]系統(tǒng)150包括涂布臺(tái)156。涂布臺(tái)156將石墨烯層112施加至導(dǎo)電箔片110。離開涂布臺(tái)156的產(chǎn)品限定層狀結(jié)構(gòu)104。石墨烯層112可以以諸如通過CVD處理的適當(dāng)方式被施加。當(dāng)箔片I1通過涂布臺(tái)156時(shí),石墨烯層112可以生長(zhǎng)在箔片110上。石墨烯層112可以通過不同于涂布的其它一種或多種涂布處理被施加。
[0028]傳送裝置158用于使層狀結(jié)構(gòu)104前進(jìn)通過系統(tǒng)150?？蛇x地，傳送裝置158可以是一個(gè)或更多個(gè)卷盤，其中層狀結(jié)構(gòu)104被卷繞在該卷盤上和/或從該卷盤上被退卷。傳送裝置158可以是諸如傳送帶或輥的輸送機(jī)。箔片110用于支撐石墨烯層112以使石墨烯層112前進(jìn)通過系統(tǒng)150。石墨烯層112保持被施加至箔片110并且箔片110粘附至基板102并形式最終產(chǎn)品的一部分。可選地，箔片110可以隨后從層狀結(jié)構(gòu)104移除以允許石墨烯層112直接粘附至基板102。
[0029]層狀結(jié)構(gòu)104被逐步地傳送通過基板施加臺(tái)170?；?02被設(shè)置在基板卷盤171上。基板102從卷盤被退卷并被逐步提供至基板施加臺(tái)70以將基板102粘附至層狀結(jié)構(gòu)104。在可選實(shí)施例中，基板102可以通過卷盤以外的裝置前進(jìn)。一旦層狀結(jié)構(gòu)104被粘附至基板102，層狀結(jié)構(gòu)104可以前進(jìn)通過基板102上的系統(tǒng)150。
[0030]在基板施加臺(tái)170，層狀結(jié)構(gòu)104被施加至基板102。層狀結(jié)構(gòu)104可以通過包覆箔片110和基板102而被施加至基板102。層狀結(jié)構(gòu)104可以通過諸如壓力結(jié)合、軋制、冷焊、激光結(jié)合、焊接、或其它處理被施加到基板102。
[0031]產(chǎn)品通過可以處理電導(dǎo)體100的處理臺(tái)172以例如增強(qiáng)電導(dǎo)體100的特定特性。例如，處理臺(tái)172可以包括鍍覆子臺(tái)，在該鍍覆子臺(tái)，層狀結(jié)構(gòu)104被鍍覆有表層114。處理臺(tái)172可以包括電導(dǎo)體100被形成和/或被切割的沖壓子臺(tái)。處理臺(tái)172可以包括電導(dǎo)體100被彎曲和形成為最終形狀的成形子臺(tái)。
[0032]圖3為顯示諸如電導(dǎo)體100的電導(dǎo)體的示例性制造方法的流程圖。該方法包括提供諸如箔片110的箔片的步驟200。箔片可以是銅或銅合金層。
[0033]該方法包括步驟202:在箔片上形成諸如石墨烯層112的石墨烯層，以形成層狀結(jié)構(gòu)。石墨烯層可以通過CVD處理或其它處理形成。石墨烯層可以完全覆蓋箔片或可以選擇性地覆蓋箔片的一部分。石墨烯層可以通過在箔片上生長(zhǎng)或沉積一個(gè)或更多個(gè)石墨烯層而形成。箔片的金屬可以用作催化劑以促進(jìn)石墨烯在箔片上的選擇性生長(zhǎng)。
[0034]該方法包括步驟204:提供諸如基部基板102的基部基板?；炕蹇梢允菍訝罱Y(jié)構(gòu)?；炕蹇梢园ɑ亢椭T如通過鍍覆沉積在基部上的阻擋物。
[0035]該方法包括步驟206:在基部基板上沉積諸如層狀結(jié)構(gòu)104的層狀結(jié)構(gòu)。層狀結(jié)構(gòu)可以直接沉積在基部基板上。例如，箔片可以被包覆或以其它方式被連接至基部基板。在預(yù)先處理時(shí)已經(jīng)將石墨烯層沉積在箔片上允許在不需要使基部基板受到與將石墨烯沉積在箔片上相關(guān)的高溫的情況下制造電導(dǎo)體。
【權(quán)利要求】
1.一種電導(dǎo)體(100)，包括: 基部基板(102)，所述基部基板具有銅、銅合金、鎳或鎳合金中的至少一種； 層狀結(jié)構(gòu)(104)，所述層狀結(jié)構(gòu)被施加到所述基部基板，所述層狀結(jié)構(gòu)包括箔片(110)和沉積在所述箔片上的石墨烯層(112)，在所述石墨烯層被沉積在箔片上之后，所述層狀結(jié)構(gòu)被施加到所述基部基板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電導(dǎo)體(100)，其中所述石墨烯層(112)被直接沉積在所述箔片(110)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電導(dǎo)體(100)，其中所述箔片(110)被直接沉積在所述基部基板(102)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電導(dǎo)體(100)，其中所述箔片(110)被包覆到所述基部基板(102)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電導(dǎo)體(100)，其中所述箔片(110)通過壓力結(jié)合、壓力軋制、冷焊、激光結(jié)合、和焊接中的至少一種結(jié)合至所述基部基板。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電導(dǎo)體(100)，還包括在所述石墨烯層(112)上且與箔片(110)相對(duì)的表層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電導(dǎo)體(100)，還包括鍍覆到所述石墨烯層(112)上且與箔片(110)相對(duì)的表層(114)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電導(dǎo)體(100)，其中在層狀結(jié)構(gòu)被沉積在基部基板上之后，所述基部基板(102)和層狀結(jié)構(gòu)(104)被沖壓成形。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電導(dǎo)體(100)，其中所述基部基板(102)包括基部(106)和阻擋物(108)，所述層狀結(jié)構(gòu)(104)沉積在所述阻擋物上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電導(dǎo)體(100)，其中所述石墨烯層(112)利用有機(jī)化合物前驅(qū)體和具有足夠溫度的熱量被CVD沉積在箔片(110)的一個(gè)或更多個(gè)表面上，以促進(jìn)石墨烯在包括箔片的金屬化合物上的生長(zhǎng)，在箔片被沉積在所述基部基板(102)之前沉積所述石墨稀層。
【文檔編號(hào)】H01B1/02GK104205241SQ201380015775
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月21日
【發(fā)明者】羅德尼·伊凡·瑪?shù)偎? 申請(qǐng)人:泰科電子公司